Die Variabilität der Stichprobenmittelwerte lässt sich durch den Standardfehler des Mittelwertes quantifizieren:

Wird nur eine einzige Stichprobe realisiert, weicht dieser Stichprobenmittelwert in der Regel vom Erwartungswert der Stichprobenmittelwerte ab (wobei diese Diskrepanz abhängig ist von der Grösse des Standardfehlers):

Wie bereits erwähnt hängt diese Abweichung im Falle des Stichprobenmittelwertes von zwei Grössen ab:

• Der Populationsvarianz: Je heterogener das Merkmal in der Population verteilt ist, desto grösser ist der Standardfehler des Stichprobenmittelwertes und desto grösser ist die zu erwartende Abweichung zwischen dem realisierten Stichprobenmittelwert und dem Erwartungswert der Stichprobenmittelwerte.
• Der Stichprobengrösse: Je grösser die Stichprobe, desto kleiner fällt der Standardfehler der Stichprobenmittelwerte aus. Damit wird mit steigendem Stichprobenumfang auch die zu erwartende Differenz zwischen Erwartungswert und tatsächlichem Stichprobenmittelwert kleiner.